CH629257A5 - METHOD FOR PRODUCING SYMMETRIC CAROTINOIDS. - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung symmetrischer Carotinoide aus den Phosphoniumsalzen der Molekülhälften durch elektrochemische Oxidation. The invention relates to a process for the production of symmetrical carotenoids from the phosphonium salts of the molecule halves by electrochemical oxidation.
Zur Herstellung von Carotinoiden, insbesondere von ß-Carotin, sind zahlreiche Synthesewege bekannt. Jedoch weisen die bekannten Verfahren eine Reihe von Nachteilen auf, insbesondere was die Ausbeuten oder die Zugänglichkeit der Ausgangsstoffe angeht. Dazu kommen aufwendige Reaktionsbedingungen, da der Ausschluss von Wasser und Sauerstoff oder die Einhaltung tiefer Temperaturen erforderlich sind. Numerous synthetic routes are known for the production of carotenoids, in particular β-carotene. However, the known processes have a number of disadvantages, particularly as regards the yields or the accessibility of the starting materials. In addition, there are complex reaction conditions because the exclusion of water and oxygen or the maintenance of low temperatures are necessary.
In der deutschen Patentschrift 1 068 709 wird ein Verfahren zur Herstellung von ß-Carotin nach dem Syntheseprinzip C20 + C20 aus Axerophthylphosphoniumsalz und Vitamin A-Aldehyd in einer Wittig-Reaktion in einem möglichst wasserfreien Lösungsmittel und im Stickstoffstrom unter Ausschluss vom Sauerstoff der Luft beschrieben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist u.a., dass der chemisch sehr empfindliche und technisch nicht einfach herstellbare Vitamin A-Aldehyd als Ausgangsmaterial verwendet wird. German patent 1,068,709 describes a process for the preparation of β-carotene according to the synthesis principle C20 + C20 from axerophthylphosphonium salt and vitamin A aldehyde in a Wittig reaction in a solvent which is as anhydrous as possible and in a nitrogen stream with exclusion of oxygen from the air. One disadvantage of this process is that the chemically very sensitive and technically difficult to produce vitamin A aldehyde is used as the starting material.
H. J. Bestman und O. Kratzer haben in den Chemischen Berichten, Band 96, Seiten 1899 ff. (1963) beschrieben, dass man Phosphinalkylene, die aus den Phosphoniumsalzen unter den Bedingungen der Wittig-Reaktion hergestellt werden, durch Einwirkung von Sauerstoff unter Abspaltung von Tri-phenylphosphinoxid und Bildung einer Doppelbindung dimerisieren kann. Die Anwendung dieser Reaktion zur Herstellung von ß-Carotin aus Triphenylphosphinaxerophthylen wird in der DT-PS 1 148 542 beschrieben und führt nur in 35 %iger Rohausbeute zu Carotin. Auch in einer Literaturstelle in Liebigs Annalen der Chemie, Band 721, Seiten 34 ff. (1969) wird bestätigt, dass bei der Anwendung dieser Dimeri-sierung mit Sauerstoff oder Luft für die Herstellung von HJ Bestman and O. Kratzer have described in the Chemischeberichte, Volume 96, pages 1899 ff. (1963) that phosphinalalkylenes, which are prepared from the phosphonium salts under the conditions of the Wittig reaction, by the action of oxygen with elimination of Tri -phenylphosphine oxide and formation of a double bond can dimerize. The use of this reaction for the production of β-carotene from triphenylphosphine axerophthylene is described in DT-PS 1 148 542 and only leads to carotene in a 35% crude yield. Also in a reference in Liebigs Annalen der Chemie, volume 721, pages 34 ff. (1969) it is confirmed that when using this dimerization with oxygen or air for the production of
ß-Carotin oder Carotinoiden unbefriedigende Ausbeuten erzielt werden. ß-Carotene or carotenoids unsatisfactory yields can be achieved.
Von D. B. Denney wird in J. Org. Chem. 28, Seite 778 ff. (1963) beschrieben, dass man Acylmethylenphosphorane mit Peressigsäure unter Abspaltung von Triphenylphosphinoxid und unter Bildung einer Doppelbindung dimerisieren kann. Phosphorane, die in ß-Stellung zum Phosphoratom keine Car-bonylgruppe aufweisen, wie Triphenylbenzylidenphosphoran, konnten von Denney mit Peressigsäure nicht dimerisiert werden. D. B. Denney in J. Org. Chem. 28, page 778 ff. (1963) describes that acylmethylenephosphoranes can be dimerized with peracetic acid with the elimination of triphenylphosphine oxide and the formation of a double bond. Denney was unable to dimerize phosphoranes which have no carbonyl group in the β-position to the phosphorus atom, such as triphenylbenzylidene phosphorane, with peracetic acid.
Nach H. J. Bestmann, L. Kisielowski und W. Distler (An-gew. Chem. 88, S. 297 ff. (1976) kann die Oxidation von Al-kylidentriphenylphosphoranen mittels Phosphit-Ozon-Adduk-ten in Toluol oder Dichlormethan als Lösungsmittel durchgeführt werden. ß-Carotin kann auf diesem Wege zwar in 75%iger Ausbeute erhalten werden, die Umsetzung erfordert allerdings die Einhaltung sehr tiefer Temperaturen um —70 bis — 80°C. According to HJ Bestmann, L. Kisielowski and W. Distler (An -gew. Chem. 88, pp. 297 ff. (1976), the oxidation of alkylidenetriphenylphosphoranes using phosphite-ozone adducts in toluene or dichloromethane as a solvent can be carried out ß-Carotene can be obtained in this way in a 75% yield, but the reaction requires the maintenance of very low temperatures around -70 to -80 ° C.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von symmetrischen Carotinoiden aus Phosphoniumsalzen der Molekülhälften dieser symmetrischen Carotinoide gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Phosphoniumsalze der Molekülhälften in einem Lösungsmittel in Gegenwart einer Base einer elektrochemischen Oxidation unterzieht, wobei die Molekülhälften unter Abspaltung von substituiertem Phos-phinoxid dimerisieren. A process has been found for the preparation of symmetrical carotenoids from phosphonium salts of the molecular halves of these symmetrical carotenoids, which is characterized in that phosphonium salts of the molecular halves are subjected to an electrochemical oxidation in a solvent in the presence of a base, the molecule halves with the elimination of substituted phosphine oxide dimerize.
Anodische Kupplungs- und Kondensationsreaktionen sind bekannt, so z.B. die unter der Bezeichnung Kolbe-Reaktion bekannte Kupplung zweier Carbonsäuren unter Kohlendioxid-Abspaltung. Der Ablauf der Kolbe-Reaktion ist jedoch sehr abhängig von der Struktur des Carbonsäurerestes. Insbesondere Doppelbindungen am 2-Kohlenstoffatom vermindern die Ausbeute beträchtlich (B.C.L. Weedon, «Kolbe Electrolytic Synthesis» in «Advances in Organic Chemistry», Band 1, Seite 1 ff., Interscience Publishers Inc., New York 1960). Anodic coupling and condensation reactions are known, e.g. the coupling of two carboxylic acids known as Kolbe reaction, with elimination of carbon dioxide. The course of the Kolbe reaction is very dependent on the structure of the carboxylic acid residue. In particular, double bonds on the 2-carbon atom reduce the yield considerably (B.C.L. Weedon, "Kolbe Electrolytic Synthesis" in "Advances in Organic Chemistry", Volume 1, page 1 ff., Interscience Publishers Inc., New York 1960).
Es war daher überraschend, dass die anodische Kondensation der Phosphoniumsalze mit guten Ausbeuten unter technisch leicht zu realisierenden Bedingungen zu den entsprechenden Dimeren führt. It was therefore surprising that the anodic condensation of the phosphonium salts leads to the corresponding dimers in good yields under conditions that are technically easy to implement.
Die Umsetzung lässt sich schematisch für die Herstellung von ß-Carotin wie folgt wiedergeben: The implementation can be shown schematically for the production of ß-carotene as follows:
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
629257 629257
elektrochemische Oxidation/Base electrochemical oxidation / base
In diesem Formelschema stehen R1, R2, R3 für aromatische, aliphatische oder cycloaliphatische Reste, beispielsweise für Phenyl, Tolyl, Cyclohexyl oder Butyl. X steht für den Rest einer anorganischen oder organischen starken Säure, beispielsweise Hydrogensulfat, Sulfat, Phosphat, Tetrafluorborat, Acetat, Toluolsulfonat, Benzolsulfonat. Daneben können selbstverständlich auch Phosphoniumsalze mit anderen Säureresten als Anionen, die unter den Reaktionsbedingungen inert sind, verwendet werden. Bevorzugtes Anion ist Hydrogensulfat. In this formula, R1, R2, R3 represent aromatic, aliphatic or cycloaliphatic radicals, for example phenyl, tolyl, cyclohexyl or butyl. X stands for the rest of an inorganic or organic strong acid, for example hydrogen sulfate, sulfate, phosphate, tetrafluoroborate, acetate, toluenesulfonate, benzenesulfonate. In addition, it is of course also possible to use phosphonium salts with acid residues other than anions which are inert under the reaction conditions. The preferred anion is hydrogen sulfate.
Phosphoniumsalze, welche für das erfindungsgemässe Verfahren zur Synthetisierung symmetrischer Carotinoide eingesetzt werden, sind Verbindungen mit tetrasubstituiertem Phosphor als Kation, in dem im Substituent die Molekülhälfte des Carotinoids ist und die restlichen drei Substituen-ten die Reste R1, R2, R3 sind. Sie können beispielsweise aus den entsprechenden Alkoholen oder Estern nach in der Literatur beschriebenen Verfahren, beispielsweise gemäss DE-PS 1 068 709, DE-PS 1 158 505, DE-PS 1 155 126 oder gemäss den Angaben in Houben-Weyl, Band 12/1, Seiten 79 ff., Phosphonium salts, which are used for the process according to the invention for the synthesis of symmetrical carotenoids, are compounds with tetrasubstituted phosphorus as a cation in which the substituent is the molecular half of the carotenoid and the remaining three substituents are the radicals R1, R2, R3. You can, for example, from the corresponding alcohols or esters according to methods described in the literature, for example according to DE-PS 1 068 709, DE-PS 1 158 505, DE-PS 1 155 126 or according to the information in Houben-Weyl, volume 12 / 1, pages 79 ff.,
Georg Thieme-Verlag, Stuttgart, 4. Auflage, 1963, erhalten werden. Georg Thieme-Verlag, Stuttgart, 4th edition, 1963.
Die bevorzugt verwendeten Phosphoniumsalze sind gegebenenfalls substituierte Triarylphosphoniumsalze, insbesondere die Triphenylphosphoniumsalze, tricycloaliphatische Phosphoniumsalze, insbesondere Tricyclohexylphosphonium-salze, oder Trialkylphosphoniumsalze, insbesondere Tributyl-phosphoniumsalze. The preferred phosphonium salts are optionally substituted triarylphosphonium salts, especially the triphenylphosphonium salts, tricycloaliphatic phosphonium salts, especially tricyclohexylphosphonium salts, or trialkylphosphonium salts, especially tributylphosphonium salts.
Substituiertes Phosphinoxid im Sinne dieser Beschreibung ist ein Phosphinoxid mit den Resten R1, R2, R3 als Substi-tuenten. Substituted phosphine oxide in the sense of this description is a phosphine oxide with the radicals R1, R2, R3 as a substituent.
Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft insbesondere die Herstellung von Carotinoiden mit 10 bis 40 Kohlenstoffatomen im Isoprenoidgerüst, bevorzugt Carotinoidverbindun-gen mit 20 bis 40 Kohlenstoffatomen. Die Carotinoidverbin-dungen zeichnen sich durch eine Anzahl konjugierter Doppelbindungen aus. In der Regel sind 3 bis 11, bevorzugt 7 bis 11 Doppelbindungen enthalten. Gegebenenfalls können davon zwei Doppelbindungen als Dreifachbindungen ausgebildet sein. The process according to the invention relates in particular to the production of carotenoids with 10 to 40 carbon atoms in the isoprenoid structure, preferably carotenoid compounds with 20 to 40 carbon atoms. The carotenoid compounds are characterized by a number of conjugated double bonds. As a rule, 3 to 11, preferably 7 to 11, double bonds are present. If necessary, two of these double bonds can be designed as triple bonds.
Symmetrische Carotinoide im Rahmen dieser Erfindung sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe (Carotine) und ihre oxidierten Derivate (Xanthophylle), die aus 8 Isoprenoideinheiten so aufgebaut sind, dass die Anordnung der Isoprenoideinheiten in der Mittel des Moleküls entgegengesetzt verläuft, so dass die beiden zentralen Methylgruppen zueinander in 1,6-Position und die verbleibenden nicht endständigen Methylgruppen zu der benachbarten zentralen Methylgruppe jeweils in 1,5-Position stehen. Im Zentrum eines Carotinoids liegt eine Kette von konjugierten Doppelbindungen vor. Symmetrical carotenoids in the context of this invention are, for example, hydrocarbons (carotenes) and their oxidized derivatives (xanthophylls), which are composed of 8 isoprenoid units in such a way that the arrangement of the isoprenoid units in the middle of the molecule runs in opposite directions, so that the two central methyl groups in relation to one another in 1 , 6-position and the remaining non-terminal methyl groups to the neighboring central methyl group are each in the 1,5-position. At the center of a carotenoid there is a chain of conjugated double bonds.
Alle Carotinoide lassen sich formal von der offenkettigen All carotenoids can be formally derived from the open chain
Struktur des Lycopins (C40H56) ableiten, und zwar durch Cy-clisierung, durch Dehydrierung, durch Hydrierung oder durch 20 Oxidation oder durch Kombinationen dieser Reaktionen. Derive structure of the lycopene (C40H56), namely by cyclization, by dehydrogenation, by hydrogenation or by oxidation or by combinations of these reactions.
Beispiele für Phosphoniumsalze von Molekülhälften sind: Axerophthylphosphoniumhydrogensulfat für die Herstellung von ß-Carotin, 3,7,ll,15-Tetramethyl-hexadeca-2,4,6,8, 10,14-hexaenyl-l-triphenylphosphoniumhydrogensulfat für die 25 Herstellung von Lycopin, 5-(2',6',6'-Trimethyl-cyclohexen-r--yl-l')-3-methylpentadien-2,4-yl-l-triphenylphosphonium-hydrogensulfat für die Herstellung von l,10-Bis-(2',6',6'-tri-methyl-cycIohexen-r-yl-r)-3,8-dimethyl-deca-l,3,5,7,9--pentaen, 3,7,ll,15-Tetramethyl-2,4,6,8,10-hexadeka-pentaen-30 -l-yl-triphenyl-phosphoniumhydrogensulfat für die Herstellung von l,2,l',2'-Tetrahydrolycopin, 9-(2',6',6'-Trimethyl-4'--methoxy-r-cyclohexen-r-yl)-3,7-dimethyl-2,4,6,8-nona-tetraen-l-yl-triphenylphosphoniumhydrogensulfat für die Herstellung von Zeaxanthindimethyläther, 9-[2',3',4'-Trime-35 thylphenyl-r]-3,7-dimethyl-2,4,6,8-nonatetraen-l-yl-triphe-nylphosphoniumhydrogensulfat für die Herstellung von Re-nierapurpurin. Examples of phosphonium salts of half-molecules are: Axerophthylphosphonium hydrogen sulfate for the production of ß-carotene, 3,7, ll, 15-tetramethyl-hexadeca-2,4,6,8, 10,14-hexaenyl-l-triphenylphosphonium hydrogen sulfate for the production of Lycopene, 5- (2 ', 6', 6'-trimethyl-cyclohexen-r - yl-l ') - 3-methylpentadien-2,4-yl-l-triphenylphosphonium hydrogen sulfate for the production of l, 10- Bis- (2 ', 6', 6'-tri-methyl-cyclohexen-r-yl-r) -3,8-dimethyl-deca-l, 3,5,7,9 - pentaen, 3,7, ll, 15-tetramethyl-2,4,6,8,10-hexadeka-pentaen-30-l-yl-triphenyl-phosphonium hydrogen sulfate for the production of 1,2,1''2'-tetrahydrolycopene, 9- (2 ' , 6 ', 6'-Trimethyl-4' - methoxy-r-cyclohexen-r-yl) -3,7-dimethyl-2,4,6,8-nona-tetraen-l-yl-triphenylphosphonium hydrogen sulfate for the preparation von Zeaxanthindimethyläther, 9- [2 ', 3', 4'-Trime-35 thylphenyl-r] -3,7-dimethyl-2,4,6,8-nonatetraen-l-yl-triphe-nylphosphonium hydrogen sulfate for the production of Re-nierapurpurin.
Weiterhin können beispielsweise genannt werden: 9-[2',6',6'-Trimethyl-4'-acetoxy-cyclohexen-l'-yl-r]-3,7-4o -dimethyI-2,4,6,8-nonatetraen-l-yI-triphenyIphosphonium-hydrogensulfat für die Herstellung von Zeaxanthin-diacetat, das nach Abspaltung der Acetylgruppen Zeaxanthin gibt, 9-[2',6',6'-Trimethyl-3'-acetoxy-cyclohexen-r-yl-r]-3,7-di-methyl-2,4,6,8-nonatetraen-l-yl-triphenyl-phosphoniumhy-45 drogensulfat für die Herstellung von Isozeaxanthin-diacetat, das nach Abspaltung der Acetylgruppen Isozeaxanthin gibt, 9-[2',6',6'-Trimethyl-cyclohexen-r-on-3'-yl-r]-3,7-dimethyl--2,4,6,8-nonatetraen-1 -yl-triphenylphosphoniumhy drogensulfat für die Herstellung von Canthaxanthin. 50 Die bevorzugten Verfahrensbedingungen entsprechen weitgehend den bei anodischen Oxidationen üblichen Bedingungen: The following may also be mentioned, for example: 9- [2 ', 6', 6'-trimethyl-4'-acetoxy-cyclohexen-l'-yl-r] -3.7-4o-dimethyl-2,4,6,8 -nonatetraen-l-yI-triphenyIphosphonium hydrogen sulfate for the production of zeaxanthin diacetate, which gives off zeaxanthin after cleavage of the acetyl groups, 9- [2 ', 6', 6'-trimethyl-3'-acetoxy-cyclohexen-r-yl -r] -3,7-dimethyl-2,4,6,8-nonatetraen-l-yl-triphenyl-phosphonium hy-45 drug sulfate for the preparation of isozeaxanthine diacetate, which gives off isoZeaxanthine after cleavage of the acetyl groups, 9- [2 ', 6', 6'-trimethyl-cyclohexen-r-on-3'-yl-r] -3,7-dimethyl-2,4,6,8-nonatetraen-1-yl triphenylphosphonium hydrogen sulfate for the production of canthaxanthin. 50 The preferred process conditions largely correspond to the conditions usual for anodic oxidations:
Als Anodenmaterial eignen sich die üblichen Materialien, beispielsweise die Platinmetalle, Graphit, Gold, aktiviertes 55 Titan, rhodiniertes Titan, platiniertes Titan, platiniertes Tantal, Legierungen von Gold, z.B. mit Silber und mit Kupfer. Vorzugsweise verwendet man ein Platinmetall in Form eines Bleches, Netzes, Streckmetalls, Stabes oder Rohres. Besonders bevorzugtes Anodenmaterial ist Platin. The usual materials are suitable as anode material, for example the platinum metals, graphite, gold, activated titanium, rhodium-plated titanium, platinum-coated titanium, platinum-coated tantalum, alloys of gold, e.g. with silver and with copper. A platinum metal is preferably used in the form of a sheet, mesh, expanded metal, rod or tube. Platinum is a particularly preferred anode material.
Für die Kathode kommen die üblichen Materialien in Betracht, beispielsweise Metalle oder Graphit. The usual materials are considered for the cathode, for example metals or graphite.
Zweckmässigerweise verwendet man ein Diaphragma zur Trennung von Kathoden- und Anodenraum, um gute Material- und Stromausbeuten sowie einen störungsfreien Dauer-65 betrieb bei mässigen Zellspannungen zu gewährleisten. Das Diaphragma kann aus einer porösen Tonschicht, einer porösen Membrane oder aus einer Ionenaustauschermembrane bestehen. It is expedient to use a diaphragm to separate the cathode and anode compartments in order to ensure good material and current yields as well as trouble-free continuous operation at moderate cell voltages. The diaphragm can consist of a porous clay layer, a porous membrane or an ion exchange membrane.
60 60
629257 629257
4 4th
Die durchgesetzte Strommenge beträgt im allgemeinen mindestens 2 F (entsprechend 2 . 96494 A.s) pro Mol Phos-phoniumsalz. Sie kann normalerweise bis zum 6fachen betragen. Auch ein grösserer Überschuss stört den Reaktionsablauf nicht. The amount of current passed is generally at least 2 F (corresponding to 2. 96494 A.s) per mole of phosphonium salt. It can normally be up to 6 times. Even a large excess does not disturb the course of the reaction.
Die Stromdichte kann bei dieser Reaktion in weitem Bereich variiert werden und beträgt ca. 1 bis 500 A/dm2. Vorzugsweise wird mit einer Stromdichte von 5 bis 300 A/dm2 gearbeitet. Besonders bevorzugt ist eine Stromdichte von 100 A/dm2. The current density can be varied widely in this reaction and is approximately 1 to 500 A / dm2. A current density of 5 to 300 A / dm2 is preferably used. A current density of 100 A / dm2 is particularly preferred.
Die obere Temperaturgrenze für das Oxidationsverfahren liegt in der Regel bei 60°C, die untere Grenze bei ungefähr —20°C. Vorzugsweise arbeitet man bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 30°C. The upper temperature limit for the oxidation process is usually around 60 ° C, the lower limit around -20 ° C. It is preferable to work at temperatures in the range from 0 to 30 ° C.
Als Lösungsmittel kann jede Flüssigkeit gewählt werden, die das Phosphoniumsalz, die Base und gegebenenfalls einen Leitelektrolyten hinreichend löst und selbst unter den Bedingungen der anodischen Oxidation ausreichend stabil ist. In Betracht kommen Wasser oder Gemische aus Wasser und ein-oder mehrwertigen niederen Alkoholen, Äthern, Kohlenwasserstoffen oder chlorierten Kohlenwasserstoffen mit relativ hohem Wasseranteil. Diese Gemische können, bedingt durch die Löslichkeit der organischen Komponente in Wasser, auch zweiphasig sein. Beispiele für organische Lösungsmittelkomponenten sind Methanol, Äthanol, Propanol, Iso-propanol, Isobutanol, Glykol, Glycerin, Dioxan, Äthylengly-koldimethyläther, Diäthylenglykoldiäthyläther, Triäthylen-glykoldimethyläther, Petroläther, Hexan, Heptan, Cyclo-hexan; Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff. Beispiele für zweiphasige Lösungsmittelgemische sind insbesondere Heptan/Wasser, Methylenchlorid/Wasser, Chloroform/Wasser. Bevorzugtes Lösungsmittel ist Wasser. Any liquid which sufficiently dissolves the phosphonium salt, the base and optionally a conductive electrolyte and which is sufficiently stable even under the conditions of the anodic oxidation can be chosen as the solvent. Water or mixtures of water and monohydric or polyhydric lower alcohols, ethers, hydrocarbons or chlorinated hydrocarbons with a relatively high water content are suitable. Due to the solubility of the organic component in water, these mixtures can also be two-phase. Examples of organic solvent components are methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, isobutanol, glycol, glycerin, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, petroleum ether, hexane, heptane, cyclohexane; Methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride. Examples of two-phase solvent mixtures are in particular heptane / water, methylene chloride / water, chloroform / water. The preferred solvent is water.
Als Basen, die als Protonenakzeptoren dienen, werden zweckmässigerweise Alkalimetallcarbonate, wie Natrium-carbonat, Kaliumcarbonat, Ammoniumcarbonat, Ammoniak, Alkali- und Erdalkalihydroxide, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Bariumhydroxid, Alkalialkoholate, wie Natrium- oder Kaliumhydroxid, Natrium- oder Kaliumäthylat verwendet. Alkali metal carbonates, such as sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate, ammonia, alkali and alkaline earth metal hydroxides, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide, alkali metal alcoholates, such as sodium or potassium hydroxide, sodium or potassium ethylate are advantageously used as bases which serve as proton acceptors.
Im allgemeinen wird eine mindestens äquivalente Menge Base, bezogen auf Phosphoniumsalz, oder ein Überschuss, der bis zum 50fachen betragen kann, verwendet. Auch ein grösserer Basenüberschuss stört den Reaktionsablauf im allgemeinen nicht. In general, an at least equivalent amount of base, based on the phosphonium salt, or an excess, which can be up to 50 times, is used. A larger excess of base generally does not interfere with the course of the reaction.
Bei der Verwendung von Wasser oder wässrigen Lösungsmittelgemischen gehören zu den bevorzugten Basen Natrium-und Kaliumcarbonat, die fest oder zweckmässigerweise in Form von wässrigen Lösungen zugegeben werden. When using water or aqueous solvent mixtures, the preferred bases include sodium and potassium carbonate, which are added solidly or expediently in the form of aqueous solutions.
Der zu elektrolysierenden Lösung kann zusätzlich ein Leitelektrolyt zugesetzt werden, beispielsweise ein Alkalisulfat, -phosphat oder -borat. A conductive electrolyte, for example an alkali sulfate, phosphate or borate, can additionally be added to the solution to be electrolyzed.
Die Reihenfolge der Zugabe von Phosphoniumsalzlösung, Base und gegebenenfalls Elektrolyt kann variieren: The order of addition of phosphonium salt solution, base and optionally electrolyte can vary:
So kann beispielsweise die Phosphoniumsalzlösung vorgelegt und der Elektrolyse unterworfen werden, während die berechnete Menge der Base, über die Elektrolysezeit verteilt, zugesetzt wird. Jedoch kann auch umgekehrt die Lösung der Base vorgelegt und elektrolysiert werden, während die Phosphoniumsalzlösung zugetropft wird. Es ist auch möglich, Phosphoniumsalz und Base vor Beginn der Elektrolyse zu mischen. Ebenso kann die Lösug eines Elektrolyten vorgelegt und elektrolysiert werden, und Phosphoniumsalzlösung und Base können während der Elektrolyse zugesetzt werden. Das Verfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. For example, the phosphonium salt solution can be initially introduced and subjected to the electrolysis, while the calculated amount of the base, distributed over the electrolysis time, is added. Conversely, however, the solution of the base can also be introduced and electrolyzed while the phosphonium salt solution is added dropwise. It is also possible to mix the phosphonium salt and base before starting the electrolysis. The solution of an electrolyte can also be introduced and electrolyzed, and phosphonium salt solution and base can be added during the electrolysis. The process can be carried out batchwise or continuously.
Die Dimerisierungsreaktion ist in der Regel nach der Elektrolyse beendet, wobei sich ein Niederschlag aus dem im allgemeinen schwer löslichen symmetrischen Carotinoid und substituiertem Phosphinoxid bildet, wenn in Wasser gearbeitet wird. Zur Aufarbeitung wird im allgemeinen der Niederschlag abgesaugt, vom Phosphinoxid, beispielsweise durch Behandeln mit Alkohol, abgetrennt und das zurückbleibende symmetrische Carotinoid in einem geeigneten Lösungsmittel umkristallisiert oder umgefällt. In einigen Fällen kann sich sogar Umkristallisieren oder Umfällen des Carotinoids erübrigen. The dimerization reaction is usually complete after the electrolysis, a precipitate being formed from the generally poorly soluble symmetrical carotenoid and substituted phosphine oxide when working in water. For working up, the precipitate is generally filtered off with suction, separated from the phosphine oxide, for example by treatment with alcohol, and the remaining symmetrical carotenoid is recrystallized or reprecipitated in a suitable solvent. In some cases, recrystallization or reprecipitation of the carotenoid may even be unnecessary.
Gegebenenfalls kann eine Isomerisierung zur gewünschten all-trans-Form des Carotinoids in an sich üblicher Weise durchgeführt werden, falls diese gewünscht oder erforderlich ist. Im Falle von ß-Carotin kann eine solche Isomerisierung beispielsweise durch mehrstündiges Erhitzen einer ß-Carotin-suspension in aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie z.B. in Heptan, oder in Wasser durchgeführt werden. If necessary, isomerization to the desired all-trans form of the carotenoid can be carried out in a manner which is customary per se, if this is desired or necessary. In the case of ß-carotene, such isomerization can be achieved, for example, by heating a ß-carotene suspension in aliphatic hydrocarbons, e.g. in heptane, or in water.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung symmetrischer Carotiniode ist technisch ausserordentlich vorteilhaft. Es war keineswegs zu erwarten, dass die empfindlichen ungesättigten Ausgangsverbindungen und Endprodukte unter den Bedingungen der anodischen Oxidation keine Nebenreaktionen, so z.B. Hydroxylierungen, Bildung von Ke-tonen und Carbonsäuren sowie Polymerisation, eingehen. The method according to the invention for the production of symmetrical carotenoids is technically extremely advantageous. It was by no means to be expected that the sensitive unsaturated starting compounds and end products would not undergo any side reactions under the conditions of the anodic oxidation, e.g. Hydroxylations, formation of ketones and carboxylic acids and polymerization.
Der besondere Vorteil des Verfahrens — im Gegensatz zur Umsetzung von Phosphoniumsalzen nach der Wittig-Re-aktion — liegt darin, dass das Verfahren in Wasser oder in wasserhaltigen Lösungsmittelgemischen durchgeführt werden kann. Die Möglichkeit, dass die Phosphoniumsalze in wäss-riger Lösung zur Reaktion gebracht werden können, schafft eine ausserordentlich vorteilhafte Möglichkeit zur Entfernung von Nebenprodukten, die bei der Herstellung der Phosphoniumsalze entstanden sind oder die im Ausgangsprodukt vorhanden waren, indem man die wässrige oder die wässrig-alko-holische Lösung oder Suspension der Phosphoniumsalze vor der elektrochemischen Oxidation mit einem in Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, z.B. Heptan, extrahiert. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das erhaltene Carotinoid sehr rein und in feinkristalliner Form sowie in hohen Ausbeuten anfällt, insbesondere, wenn man in Wasser arbeitet. The particular advantage of the process - in contrast to the conversion of phosphonium salts after the Wittig reaction - is that the process can be carried out in water or in water-containing solvent mixtures. The possibility that the phosphonium salts can be reacted in aqueous solution creates an extraordinarily advantageous possibility for removing by-products which have arisen in the preparation of the phosphonium salts or which were present in the starting product by the aqueous or the aqueous Alcoholic solution or suspension of the phosphonium salts before the electrochemical oxidation with a water-immiscible solvent, for example Heptane, extracted. Another advantage is that the carotenoid obtained is very pure and in fine crystalline form and in high yields, especially when working in water.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren können auch die Endmutterlaugen der Vitamin-A-Synthese, die einen hohen Anteil an cis-Isomeren enthalten und sonst nur zum Teil und durch langwierige und kostspielige Verfahren zu all-trans-Vitamin-A aufgearbeitet werden können, als Ausgangsmaterial für das Axerophthylphosphoniumsalz für die Herstellung von ß-Carotin verwendet werden. In the process according to the invention, the end mother liquors of vitamin A synthesis, which contain a high proportion of cis isomers and can otherwise only be worked up in part and through lengthy and costly processes to give all-trans vitamin A, as starting material for the axerophthylphosphonium salt can be used for the production of β-carotene.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Carotinoide können als Pharmazeutika, als Zusatzstoffe für Futtermittel und als Farbstoffe für Lebensmittel und Kosmetika verwendet werden. The carotenoids obtained by the process according to the invention can be used as pharmaceuticals, as additives for animal feed and as colorants for food and cosmetics.
Beispiel 1 example 1
Die Elektrolysezelle besteht aus einem zylindrischen, ca. The electrolytic cell consists of a cylindrical, approx.
1 Liter fassenden Glasstutzen mit einem Planschliffrand und einem Planschliffdeckel, der mit Schliffdurchführungen für die Aufnahme von Stromzuleitungen, Kühlschlange, Thermometer, Tropfrichter, Abgasleitung versehen ist. In der Mitte der Zelle ist ein Platinnetz als Kathode angebracht, welches von der übrigen Zelle durch einen porösen, unten geschlossenen hohlen Tonzylinder als Diaphragma getrennt ist. Als Katholyt dient verdünnte Kalilauge. Als Anoden dienen 1 liter glass nozzle with a face grind edge and a face grind cover, which is provided with ground grommets for receiving power cables, cooling coil, thermometer, drip judge, exhaust pipe. In the middle of the cell there is a platinum mesh as cathode, which is separated from the rest of the cell by a porous hollow clay cylinder closed at the bottom as a diaphragm. Dilute potassium hydroxide solution serves as the catholyte. Serve as anodes
2 Platinnetze von jeweils 20 x 10 mm Kantenlänge. 2 platinum nets, each 20 x 10 mm edge length.
In die Zelle wird eine Lösung von 1,085 Mol Kaliumcarbonat in 450 ml Wasser gegeben und 6,5 Stunden bei 4 A elektrolysiert, während eine Lösung von 0,083 Mol Axe-rophthyltriphenylphosphoniumhydrogensulfat in 250 ml Wasser zugegeben wird. Die Temperatur wird dabei auf 15°C gehalten. Zur vollständigen Abscheidung des ß-Carotins wird noch eine Stunde nachgerührt, und anschliessend ungefähr A solution of 1.085 mol of potassium carbonate in 450 ml of water is added to the cell and electrolysed for 6.5 hours at 4 A, while a solution of 0.083 mol of axophthyltriphenylphosphonium hydrogen sulfate in 250 ml of water is added. The temperature is kept at 15 ° C. For complete separation of the ß-carotene, stirring is continued for an hour, and then approximately
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
629257 629257
18 Stunden lang stehen gelassen. Dann wird der Niederschlag abgesaugt, mit warmem Wasser nachgewaschen, das Phosphinoxid durch Behandeln mit Methanol von 50 bis 60°C abgetrennt und das zurückbleibende ß-Carotin in Methylenchlorid gelöst und mit Methanol gefällt; Ausbeute 46,1%, bezogen auf eingesetztes Phosphoniumsalz. Let stand for 18 hours. Then the precipitate is filtered off with suction, washed with warm water, the phosphine oxide is separated off by treatment with methanol at from 50 to 60 ° C. and the remaining β-carotene is dissolved in methylene chloride and precipitated with methanol; Yield 46.1%, based on the phosphonium salt used.
Beispiel 2 Example 2
In der in Beispiel 1 beschriebenen Elektrolysezelle wird eine Lösung von 0,083 Mol Axerophthyltriphenylphospho-niumhydrogensulfat und 0,258 Mol Kaliumsulfat in 750 ml Wasser unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen elektrolysiert. Während der Elektrolyse wird eine Lösung von 0,723 Mol Kaliumcarbonat in 150 ml Wasser zugegeben. Die Ausbeute an ß-Carotin beträgt 27,5%, bezogen auf eingesetztes Phosphoniumsalz. In the electrolysis cell described in Example 1, a solution of 0.083 mol of axerophthyl triphenylphosphonium hydrogen sulfate and 0.258 mol of potassium sulfate in 750 ml of water is electrolyzed under the conditions mentioned in Example 1. A solution of 0.723 mol of potassium carbonate in 150 ml of water is added during the electrolysis. The yield of β-carotene is 27.5%, based on the phosphonium salt used.
Beispiel 3 Example 3
In der in Beispiel 1 beschriebenen Elektrolysezelle wird eine Lösung von 1,085 Mol Kaliumcarbonat, 0,1 Mol Bor-trioxid in 450 ml Wasser 6,5 Stunden bei 4 A und 7°C elektrolysiert. Während dieser Zeit wird eine Lösung von 0,045 Mol Axerophthyltriphenylphosphoniumhydrogensulfat in 125 ml Wasser zugegeben. Nach Aufarbeitung entsprechend Beispiel 1 erhält man ß-Carotin in einer Ausbeute von 58,2%, bezogen auf eingesetztes Phosphoniumsalz. In the electrolysis cell described in Example 1, a solution of 1.085 mol of potassium carbonate, 0.1 mol of boron trioxide in 450 ml of water is electrolyzed at 4 A and 7 ° C. for 6.5 hours. During this time, a solution of 0.045 mol of axerophthyltriphenylphosphonium hydrogen sulfate in 125 ml of water is added. After working up according to Example 1, ß-carotene is obtained in a yield of 58.2%, based on the phosphonium salt used.
Beispiel 4 Example 4
In der in Beispiel 1 beschriebenen Elektrolysezelle wird eine Lösung von 0,5 Mol Kaliumsulfat in 500 ml Wasser 6 Stunden bei 3 A elektrolysiert. Während dieser Zeit werden eine Lösung von 0,083 Mol Axerophthyltriphenylphospho-niumhydrogensulfat in 250 ml H2Ó und eine Lösung von 0,52 Mol Kaliumhydroxid in 200 ml H20 so zugetropft, dass über 5 Stunden ein pH-Wert von 10 nicht überschritten wird. 5 Nach Aufarbeitung entsprechend Beispiel 1 erhält man ß-Carotin in einer Ausbeute von 44,1%, bezogen auf eingesetztes Phosphoniumsalz. In the electrolysis cell described in Example 1, a solution of 0.5 mol of potassium sulfate in 500 ml of water is electrolyzed at 3A for 6 hours. During this time, a solution of 0.083 mol of axerophthyltriphenylphosphonium hydrogen sulfate in 250 ml of H2Ó and a solution of 0.52 mol of potassium hydroxide in 200 ml of H20 are added dropwise so that a pH of 10 is not exceeded over 5 hours. 5 After working up according to Example 1, β-carotene is obtained in a yield of 44.1%, based on the phosphonium salt used.
Beispiel 5 Example 5
io Aus Pseudojonon wird durch Umsetzen mit Natriumace-tylid in flüssigem Ammoniak und nachfolgender Hydrierung der Dreifachbindung 3,7,ll-Trimethyl-dodeca-l,4,6,10-te-traen-3-ol gemäss DT-PS 1 115 238 hergestellt. In bekannter Weise wird gemäss DT-PS 1 068 710 daraus mit Triphenyl-15 phosphin und Schwefelsäure das Phosphoniumhydrogensulfat hergestellt. Dieses Phosphoniumsalz wird mit ß-Formylcrotyl-acetatnach DT-PS 1 068 710 zum l-Acetoxy-3,7,ll,15-tetra-methyl-hexadeca-2,4,6,8,10,14-hexaen umgesetzt. Aus diesem Ester wird gemäss DT-PS 1 068 709 mit Triphenylphosphin 20 und Schwefelsäure kristallines 3,7,11,15-Tetramethylhexa-deca-2,4,6,8,10,14-hexaen-yl- 1-triphenylphosphonium-hydro-gensulfat hergestellt. Schmelztpunkt 150 bis 155°C. io Pseudojonon is reacted with sodium acetylene in liquid ammonia and subsequent hydrogenation of the triple bond 3,7, ll-trimethyl-dodeca-l, 4,6,10-te-traen-3-ol according to DT-PS 1 115 238 produced. According to DT-PS 1 068 710, the phosphonium hydrogen sulfate is produced therefrom with triphenyl-15 phosphine and sulfuric acid. This phosphonium salt is reacted with β-formylcrotyl acetate according to DT-PS 1 068 710 to l-acetoxy-3,7, 11, 15-tetra-methyl-hexadeca-2,4,6,8,10,14-hexaene. According to DT-PS 1 068 709, this ester becomes crystalline 3,7,11,15-tetramethylhexa-deca-2,4,6,8,10,14-hexaen-yl-1-triphenylphosphonium-hydro with triphenylphosphine 20 and sulfuric acid -genogen sulfate produced. Melting point 150 to 155 ° C.
Analog Beispiel 1 wird eine Lösung von 1,085 Mol Kaliumcarbonat, 0,1 Mol Bortrioxid in 450 ml Wasser bei 10°C 25 elektrolysiert. Dazu werden 0,045 Mol 3,7,11,15-Tetrame-thylhexadeca-2,4,6,8,10,15-hexaen-yl-l-triphenylphospho-niumhydrogensulfat, gelöst in 125 ml Wasser, entsprechend Beispiel 1, zugetropft. Nach einer Stunde lässt man auf Raumtemperatur kommen und rührt 18 Stunden nach. Man 30 versetzt mit Methylenchlorid und bestimmt die Lycopin-menge UV-spektrometrisch aus der Methylenchloridlösung; die Ausbeute beträgt 37%. Analogously to Example 1, a solution of 1.085 mol of potassium carbonate, 0.1 mol of boron trioxide in 450 ml of water is electrolyzed at 10 ° C. 0.045 mol of 3,7,11,15-tetramethylhexadeca-2,4,6,8,10,15-hexaen-yl-1-triphenylphosphonium hydrogen sulfate, dissolved in 125 ml of water, corresponding to Example 1, are added dropwise. After one hour, the mixture is allowed to come to room temperature and stirred for 18 hours. Methylene chloride is added and the amount of lycopene is determined by UV spectrometry from the methylene chloride solution; the yield is 37%.
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